熱分解油の収率には単一の答えはありません。なぜなら、それは固定された値ではないからです。収率は、使用される特定のバイオマス原料と、最も重要なこととして、熱分解プロセスが実行される正確な条件の直接的な結果です。意図的に、低い割合から重量で最大75%まで変動させることができます。
理解すべき核となる原則は、熱分解は柔軟な技術であるということです。収率を得るのではなく、収率を設計するのです。プロセスは、最終目標に応じて、液体油、固体炭、または可燃性ガスのいずれかを最大化するように最適化できます。
熱分解の3つの競合する生成物
熱分解は、バイオマスやプラスチックなどの有機材料を無酸素環境で分解します。この熱分解は常に、質量を奪い合う3つの異なる生成物を生み出します。
液体熱分解油
これは、液体燃料を求める人々のためのターゲット製品です。バイオオイルまたはバイオ原油としても知られ、ボイラー燃料として使用したり、より高品質な燃料にアップグレードしたりできる、複雑で酸素に富む液体エマルジョンです。
固体炭（コークス）
これは、揮発性成分が除去された後に残る炭素が豊富な固体です。固体燃料（石炭と同様）として、農業用土壌改良材（バイオ炭）として、またはろ過用（活性炭）として使用できます。
非凝縮性ガス（合成ガス）
この可燃性ガス（水素、一酸化炭素、メタンなど）の混合物は、冷却しても液体に戻りません。ほとんどの近代的なプラントでは、このガスは熱分解反応器を稼働させるのに必要な熱を供給するために循環され、プロセスのエネルギー効率を高めています。
決定的な要因：プロセス条件
油、炭、ガスの最終的な分割は、プロセスパラメータによって決定されます。使用される熱分解の種類が最も重要な要因です。
高速熱分解：液体油の最大化
可能な限り最高の油収率を達成するには、高速熱分解が使用されます。このプロセスは、非常に急速な加熱と短い蒸気滞留時間（通常2秒未満）、それに続く即座の急速冷却によって定義されます。
これらの条件は、バイオマスを迅速に分解し、大きな気化した分子がさらにガスに分解される前に化学反応を停止させます。典型的な木質バイオマス原料の場合、高速熱分解は重量で60～75%の油収率を目指し、達成することができます。
低速熱分解：固体炭の最大化
対照的に、低速熱分解（炭化とも呼ばれる）は、より長い期間（数時間）にわたってはるかに遅い加熱速度を使用します。
このプロセスは、固体炭の生産を最大化するように設計されています。歴史的に、これは何世紀にもわたって木炭が作られてきた方法です。この場合、油収率は二次的な関心事であり、通常は30%程度の低い値になります。
原料の役割
処理される材料も大きな影響を与えます。例えば、プラスチックは非常に高い液体油収率を生み出す傾向がありますが、木質バイオマスはよりバランスの取れた分割を生み出し、農業残渣はより多くの灰と炭を生み出す可能性があります。
トレードオフの理解
高い油収率だけでは全体像を語ることはできません。得られる製品の実用的な課題と限界を考慮することが重要です。
油の品質 vs. 量
高い収率であっても、熱分解油は原油の直接的な代替品ではありません。それは非常に酸性で、標準的なパイプやエンジンに対して腐食性があり、かなりの量の水と酸素（最大40%）を含んでいます。
アップグレードが必要
輸送燃料として使用するためには、熱分解油は大幅でしばしば高価なアップグレードを受ける必要があります。これには、酸素を除去し、分子を安定させるための水素化処理などのプロセスが含まれ、コストと複雑さが増します。
正味エネルギーバランス
プロセスは自身の熱分解ガスを燃焼させることで自立できますが、これはシステムからの全体的な輸出可能なエネルギーを減少させます。プラントの実現可能性を評価するには、単一製品の総収率だけでなく、正味エネルギー出力を見る必要があります。
目標に合った適切な選択
最適な熱分解戦略は、望ましい結果に完全に依存します。
- 液体燃料生産の最大化が主な焦点である場合：短い蒸気滞留時間と急速な冷却のために設計された高速熱分解システムを使用する必要があります。
- 農業用または固体燃料用の固体バイオ炭の作成が主な焦点である場合：よりシンプルで安価な低速熱分解システムが正しい選択です。
- 経済的実現可能性が主な焦点である場合：原料のコストと必要な油のアップグレードを差し引いた、油、炭、ガスの3つの製品すべての価値を分析する必要があります。
最終的に、熱分解油の収率は工学的な決定であり、固定された自然の特性ではありません。
要約表：
| 熱分解の種類 | ターゲット製品 | 一般的な油収率 | 主要条件 |
|---|---|---|---|
| 高速熱分解 | 液体油 | 60-75% | 急速加熱、短い蒸気滞留時間（2秒未満） |
| 低速熱分解 | 固体炭 | 約30% | 数時間にわたる低速加熱 |
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